Il laminato ramato (copper clad laminate, CCL) costituisce il materiale di base per la realizzazione di qualsiasi circuito stampato. Consiste in un foglio dielettrico isolante—solitamente tessuto in fibra di vetro impregnato di resina—su cui viene applicata a caldo e sotto pressione una lamina di rame su uno o entrambi i lati. Durante il processo di fabbricazione, il produttore trasferisce il layout del circuito sul rame, rimuove per incisione (etching) il metallo in eccesso e unisce più anime (core) tramite fogli di prepreg per costruire un circuito multistrato.
Il laminato determina in larga misura i limiti prestazionali del circuito. La composizione di resina e fibra di vetro stabilisce la temperatura di transizione vetrosa (Tg), l'espansione termica della scheda, la costante dielettrica (Dk), il fattore di perdita (Df) e la resistenza alla tracciatura superficiale (CTI). Sostituire il laminato modifica direttamente questi parametri, anche lasciando inalterati i file Gerber.
Di seguito vengono analizzate la composizione del laminato ramato, le principali tipologie disponibili, i parametri fisici determinanti per il layout e i criteri per specificare correttamente il materiale a disegno evitando sostituzioni non concordate.
Punti chiave
- Il laminato ramato (CCL) costituisce il materiale di base del PCB: un core dielettrico accoppiato a una lamina di rame. Il prepreg è lo strato legante non polimerizzato impiegato tra i core.
- La maggior parte dei circuiti stampati rigidi impiega CCL in FR-4. Per requisiti termici, elettrici o meccanici specifici si utilizzano FR-4 ad alto Tg, laminati a basse perdite, laminati RF in PTFE o a base di idrocarburi, poliimmide e laminati a base metallica.
- I parametri fondamentali da confrontare sono Tg, Td, CTE, Dk/Df alla frequenza operativa, CTI e tipologia di lamina di rame. Il confronto tra i valori di datasheet è attendibile solo a parità di metodo di prova e frequenza.
- Specificare il laminato tramite codice prodotto esatto o tramite classe di proprietà prestazionali, indicando esplicitamente se sono ammessi materiali equivalenti.
- La sostituzione di un laminato è sicura solo quando le proprietà critiche per il layout risultano equivalenti o superiori e la modifica viene tracciata formalmente.
Composizione del laminato ramato
Un laminato ramato (CCL) è composto da tre elementi principali.
| Componente | Definizione | Proprietà controllate |
|---|---|---|
| Rinforzo | Tessuto di fibra di vetro nella maggior parte dei laminati rigidi; carta o composito nelle serie economiche; assente nei tipi con film in PTFE o poliimmide | Resistenza meccanica, stabilità dimensionale e parte del comportamento dielettrico |
| Sistema di resina | Epossidica (FR-4), epossidica modificata, miscele di polifenilenetere, idrocarburi, PTFE, poliimmide o BT | Tg, Td, CTE, assorbimento di umidità, Dk/Df, ritardo di fiamma |
| Lamina di rame | Sottile foglio di rame laminato sulla superficie, classificato per peso su superficie (ad esempio 0.5 oz o 1 oz) | Spessore dei conduttori, risoluzione di incisione, forza di adesione (peel strength) e perdite nel conduttore alle alte frequenze |
Laminato ramato e prepreg
Un core è un laminato completamente polimerizzato con rame già applicato su entrambi i lati. Il prepreg («pre-impregnated») è un tessuto di fibra di vetro impregnato di resina parzialmente polimerizzata. Durante la laminazione del multistrato, il prepreg fonde, scorre e polimerizza, unendo i core e le lamine di rame esterne in un unico circuito stampato. Il circuito multistrato finito è costituito da uno stackup di core CCL e strati di prepreg.
Entrambi appartengono alla stessa famiglia di materiali. Specificare un laminato significa selezionare congiuntamente il core e il prepreg corrispondente.
Lamina di rame sul CCL
La lamina di rame viene classificata in base al peso. Il catalogo stackup di APT definisce il rame base da 0.5 oz a 0.0175 mm e quello da 1 oz a 0.035 mm, con grammature superiori per schede di potenza. Gli strati esterni partono solitamente da fogli più sottili e raggiungono lo spessore finale tramite galvanoplastica.
Anche il profilo superficiale del rame è critico: una rugosità maggiore ottimizza l'adesione alla resina; un profilo più liscio (low-profile) riduce le perdite del conduttore a frequenze RF e multi-gigabit. Per frequenze operative superiori a pochi gigahertz, indicare il tipo di profilo della lamina nei requisiti di fabbricazione insieme al codice del laminato.
Tipologie di laminati ramati
I seguenti laminati ramati rappresentano le opzioni principali a disposizione dei progettisti di circuiti stampati. I valori riportati provengono dalle pagine tecniche e di capacità di APT; per le condizioni di prova complete, fare riferimento ai datasheet dei singoli prodotti.
| Tipologia di CCL | Struttura | Valori pubblicati da APT | Applicazione tipica | Rischio di sostituzione |
|---|---|---|---|---|
| Standard FR-4 | Tessuto di vetro e resina epossidica | Tg standard 135 °C | Elettronica di consumo e generale, basso numero di strati | Basso, a parità di Tg e tolleranza sullo spessore |
| Mid-Tg FR-4 | Epossidica modificata | Mid-Tg 150 °C | Prodotti industriali, cicli di rifusione moderati | Da basso a moderato |
| High-Tg FR-4 | Resina multifunzionale o a polimerizzazione fenolica | Laminati con Tg 170–210 °C e Td ≥340 °C; Dk ≈4.0 su gradi standard come 370HR e IT-180A | Multistrato spessi, cicli multipli di saldatura a rifusione senza piombo, automotive e industriale | Moderato; Td, CTE e resistenza a CAF variano tra materiali con la stessa Tg |
| Low-loss / high-speed | Sistemi di resina modificata, spesso con lamina di rame a basso profilo | Megtron 4 Dk 3.6, Df 0.005 a 1 GHz; Megtron 6 Dk 3.4, Df 0.002 a 1 GHz | Canali digitali a 10–25 Gbps o superiori, backplane | Alto; variazioni di Dk e Df alterano impedenza e perdite |
| RF a idrocarburi / con carica ceramica | Idrocarburi termoindurenti con carica ceramica | RO4003C Dk 3.38 e RO4350B Dk 3.48 a 10 GHz (valore da metodo di prova) | Front-end RF, antenne, radar | Alto; tolleranza di Dk e perdite sono parametri critici di progetto |
| PTFE | PTFE con carica ceramica o fibra di vetro | RT/duroid 5880 Dk 2.20, Df 0.0009 | Microonde e mmWave | Molto alto; lavorabilità e Dk variano in base al prodotto |
| Poliimmide (flex) | Film di poliimmide ramato, con o senza adesivo | Specifico per prodotto | Circuiti flessibili e rigid-flex | Alto; impatto sul ciclo di vita a flessione (bend life) e tipo di adesivo |
| A base metallica (IMS) | Dielettrico sottile a elevata conducibilità termica su alluminio o rame | Specifico per prodotto; valore termico dipendente dal metodo di prova | LED e dispositivi di potenza | Alto; resistenza termica e rigidità dielettrica vincolanti |
I valori di Dk dei materiali Rogers evidenziano l'impatto delle condizioni di prova. La pagina dei materiali Rogers di APT riporta sia il valore da test clamped stripline (3.48 per RO4350B a 10 GHz) sia il relativo "design Dk" per i field solver (3.66). Il materiale non cambia: cambia il metodo di misura.
Proprietà del CCL: Tg, Dk/Df, CTI
Tg e Td
La Tg indica la temperatura alla quale la resina passa dallo stato vetroso rigido a quello gommoso. Oltre la Tg, il laminato si espande molto più rapidamente lungo lo spessore (asse Z), sollecitando meccanicamente i fori metallizzati. La Td rappresenta la temperatura alla quale la resina inizia a perdere massa per decomposizione termica. Nei processi di assemblaggio senza piombo soggetti a cicli multipli di rifusione, entrambi i parametri sono critici. La pagina dedicata ai PCB ad alta Tg di APT raccomanda di specificare contestualmente Tg, Td, CTE (x, y, z) e CTI nella scelta del laminato, evitando di limitare la selezione alla sola Tg.
Dk e Df
La Dk (costante dielettrica o permittività relativa) definisce la velocità di propagazione del segnale e, unitamente alla geometria delle piste, l'impedenza caratteristica. Il Df (fattore di dissipazione o tangente di perdita) quantifica la quota di energia del segnale dissipata in calore. Entrambi i parametri variano in funzione di frequenza, contenuto di resina e tipologia di fibra di vetro. Nei circuiti stampati a impedenza controllata, il valore di Dk impostato nel field solver deve coincidere esattamente con quello del laminato impiegato in produzione. La modifica del laminato altera l'impedenza anche mantenendo invariate le geometrie del rame.
CTI
Il CTI (Comparative Tracking Index) quantifica la capacità della superficie del laminato di resistere alla formazione di percorsi conduttivi sotto tensione in presenza di contaminanti. Risulta determinante per prodotti ad alta tensione o collegati direttamente alla rete elettrica, dove le distanze di creepage sono vincolate da standard normativi di sicurezza. La pagina sui laminati ad alta Tg di APT include opzioni con CTI ≥ 600 per applicazioni che richiedono un'elevata resistenza al tracking. Se la norma di sicurezza applicabile fa riferimento a uno specifico gruppo di materiali, specificare il requisito di CTI direttamente nelle note del disegno costruttivo.
Altre proprietà critiche da verificare
CTE sull'asse Z, assorbimento di umidità, resistenza a CAF, classe di infiammabilità e contenuto di alogeni possono costituire fattori discriminanti per un'applicazione specifica. Due laminati con il medesimo valore nominale di Tg possono presentare prestazioni notevolmente dissimili rispetto a questi parametri.
Come scegliere il laminato per PCB
Partire dal vincolo di progetto più critico per individuare la famiglia di materiali, quindi definire il prodotto specifico in base ai requisiti rimanenti.
- Velocità del segnale o frequenza. Se il circuito gestisce collegamenti multi-gigabit o RF, le perdite e la tolleranza della Dk hanno priorità assoluta. L'FR-4 standard rimane adeguato per piste corte a bassa frequenza.
- Profilo termico. Calcolare i cicli di rifusione, le rilavorazioni e la temperatura di esercizio. Circuiti stampati spessi, multilayer complessi e profili termici senza piombo multipli richiedono generalmente materiali ad alto Tg.
- Tensione e sicurezza elettrica. Tensioni di rete, alta tensione o vincoli sulle distanze di isolamento superficiale (creepage) impongono un CTI o un gruppo di isolamento conforme alle normative applicabili.
- Vincoli meccanici. Requisiti flex, rigid-flex o su supporto metallico richiedono una famiglia di materiali specifica.
- Disponibilità e costi. Alcuni laminati sono standard a magazzino, altri presentano tempi di approvvigionamento estesi. Uno stackup ibrido, che riserva il materiale a basse perdite esclusivamente ai layer critici, ottimizza i costi di produzione.
La guida alla selezione dei materiali per PCB approfondisce i criteri di scelta, definendo quando passare da FR-4 a substrati RF, a base metallica, ceramici o flessibili. Per valutare la gamma di un produttore specifico, la guida ai laminati PCB Kingboard classifica i diversi gradi di fornitura in base a Tg e fattore di perdita.
Definizione del laminato per circuito stampato a disegno
Esistono due metodi per specificare il laminato, ed è necessario indicare a disegno quale approccio si stia adottando.
- Per nome commerciale. Ad esempio «Isola 370HR» o «Rogers RO4350B». Questo approccio elimina ogni ambiguità, ma impedisce al produttore di impiegare un materiale equivalente in caso di carenza di magazzino.
- Per set di proprietà. Ad esempio specificando valori minimi di Tg e Td, un intervallo di Dk/Df a una frequenza definita, un requisito di CTI, la classe di infiammabilità e l'eventuale specifica halogen-free. Questo approccio consente l'impiego di equivalenti, a patto di vincolare tutti i parametri critici per il progetto.
In entrambi i casi, indicare:
- Spessore finale del circuito stampato e relativa tolleranza
- Peso del rame su ciascun layer
- Eventuale autorizzazione all'uso di materiali equivalenti e relativo referente per l'approvazione
- Eventuale foglio di specifica IPC-4101 di riferimento
- Tipologia di lamina di rame (foil type), se critica per perdite o impedenza
La pagina PCB FR4 di APT elenca le opzioni FR-4 regolarmente in produzione: standard Tg 135 °C, mid-Tg 150 °C, high-Tg 170/180 °C e FR-4 a basse perdite come 370HR, IT-180A, EM-370 e S1000H. Specificare direttamente uno di questi codici riduce i tempi di conferma del materiale.
Quando la sostituzione del laminato è accettabile
La sostituzione avviene quando il laminato specificato non è disponibile nei tempi richiesti o quando viene proposta un'alternativa più economica. La variazione è accettabile solo se il materiale equivalente eguaglia o supera tutte le proprietà critiche per il progetto, e la modifica viene formalmente approvata e registrata.
Verificare questi punti prima dell'approvazione:
- I valori di Tg, Td e CTE lungo l'asse z sono uguali o migliori?
- In caso di controllo di impedenza, il valore di Dk alla frequenza di lavoro consente allo stackup di rispettare i target nominali? Il fabbricante ricalcolerà la struttura verificandola mediante coupon?
- Se le perdite dielettriche sono critiche, il Df è uguale o inferiore alla frequenza operativa e la lamina di rame è dello stesso tipo?
- Il valore CTI, la classe di infiammabilità e lo stato halogen-free corrispondono, soprattutto in presenza di certificazioni di sicurezza del prodotto?
- Gli spessori dei singoli core e prepreg sono disponibili in modo da garantire lo spessore finale del circuito stampato?
- La modifica verrà registrata sul traveler di produzione e sul certificato di conformità?
Se non è possibile rispondere affermativamente a tutti i punti applicabili, mantenere il materiale specificato o avviare una nuova qualifica. Un circuito stampato che supera il test elettrico può comunque cedere sul campo se il laminato sostitutivo presenta una Td inferiore o una minore resistenza a CAF.
Dati da fornire per la revisione del laminato PCB
- Nome commerciale del laminato (o set di proprietà richieste) e indicazione se siano ammessi materiali equivalenti
- Stackup con spessori di core e prepreg, peso del rame e spessore finale del circuito
- Target di impedenza e relativa frequenza di interesse
- Numero di cicli di reflow previsti, profilo termico di assemblaggio e intervallo di temperatura operativa
- Requisiti di tensione, distanze superficiali di isolamento (creepage) o standard di sicurezza che vincolano il CTI
- Eventuali test di affidabilità richiesti (ad esempio shock termico, T260/T288 o test CAF)
Perché collaborare con APTPCB nella selezione dei laminati?
APT verifica il laminato insieme allo stackup prima del rilascio, confermando che requisiti di impedenza, spessore finale e tenuta termica siano compatibili con un materiale effettivamente disponibile a stock. Per i circuiti in FR-4, il team di produzione PCB in FR4 verifica se impiegare un grado standard, mid-Tg, high-Tg o low-loss; gli accordi di fornitura APT coprono laminati FR-4 standard, high-Tg e a basse perdite. Per i materiali RF e low-loss, consultare le pagine dei materiali per verificare le famiglie di laminati gestite da APT. Qualsiasi proposta di sostituzione viene gestita tramite engineering query prima della produzione, mai a processo avviato.
Standard e riferimenti normativi applicabili:
- IPC-4101: specifica per materiali base per circuiti stampati rigidi e multistrato
- IPC-4103: specifica per materiali base per applicazioni ad alta velocità e alta frequenza
- IPC-4204: dielettrici flessibili placcati in metallo per circuiti stampati flessibili
- IPC-TM-650: manuale dei metodi di prova (Tg, Td, Dk/Df, peel strength)
- IPC-6012: qualifica e prestazioni per circuiti stampati rigidi
Domande frequenti
A cosa serve il laminato ramato?
Il laminato ramato è il materiale di base per la produzione di circuiti stampati. Il fabbricante di PCB incide il rame per ricavare piste e piazzole, quindi impila e lamina i core con il prepreg per realizzare circuiti multistrato. La quasi totalità dei PCB rigidi e flessibili viene realizzata a partire da laminato ramato.
FR-4 e laminato ramato sono la stessa cosa?
L'FR-4 è una specifica classe di materiale, composta da resina epossidica ritardante di fiamma rinforzata con fibra di vetro; il laminato ramato in FR-4 rappresenta la tipologia di CCL più comune. Altri laminati ramati impiegano resine e rinforzi differenti, come PTFE, resine idrocarburiche, poliimmide o substrati a base metallica.
Qual è la differenza tra core e prepreg?
Il core è un laminato polimerizzato con lamina di rame applicata su entrambi i lati. Il prepreg è un tessuto in fibra di vetro impregnato di resina parzialmente polimerizzata, privo di rame. Durante la laminazione del multistrato, la resina del prepreg fonde e polimerizza, unendo i core e le lamine esterne in una struttura monolitica.
Quali parametri contano di più nella scelta del laminato per PCB?
Valutare anzitutto Tg e Td per la resistenza termica, Dk e Df alla frequenza operativa di progetto per il comportamento dei segnali, il CTE per l'affidabilità dei fori metallizzati e il CTI per i circuiti ad alta tensione. Confrontare i valori delle schede tecniche esclusivamente a parità di metodo di prova e frequenza di misura.
Il produttore può sostituire il laminato richiesto con uno alternativo?
Solo se la documentazione tecnica lo consente espressamente. Se si specifica un materiale commerciale indicando la possibilità di usare equivalenti, il sostituto deve eguagliare o superare ogni singola proprietà critica per il progetto, e la modifica richiede approvazione formale e tracciamento. I circuiti a impedenza controllata impongono quasi sempre il ricalcolo dello stackup in caso di cambio materiale.
Qual è lo spessore del rame su un laminato ramato?
Lo spessore del rame viene specificato per peso su unità di superficie. Il catalogo stackup di APT definisce il rame base da 0.5 oz a 0.0175 mm e quello da 1 oz a 0.035 mm, con grammature superiori disponibili per schede di potenza. I layer esterni raggiungono lo spessore finale tramite riporto galvanico a partire da una lamina base più sottile.
Checklist per la richiesta d'offerta del laminato ramato (CCL)
Utilizzare questa checklist per richiedere un'offerta di CCL o laminati multistrato a fornitori di materiali o produttori di PCB.
- Materiale base: FR-4, High-Tg, Rogers, Megtron, PTFE o ibrido (specificare grado e linea di prodotto)
- Valore di Tg: 135 / 150 / 170 / 180+ °C (specificare il valore richiesto)
- Valore di Td: preferibile ≥320 °C (specificare il minimo se differente)
- Dk e Df alla frequenza operativa: indicare valore e frequenza di test (1 GHz / 10 GHz / altro)
- CTI (Comparative Tracking Index): classe PLC 0–5 o tensione nominale
- Rame layer interni: HOZ, H1, H2 o H3 (specificare quale)
- Rame layer esterni post-galvanica: indicare oz o µm
- Codice prodotto o grado del prepreg (specificare)
- Tipo di tessuto in fibra di vetro: 106 / 1080 / 2116 / 7628 o altro
- Slash sheet IPC-4101 e classe di infiammabilità UL94
- Conformità RoHS e REACH richiesta: Sì/No
- Requisiti di simmetria dello stackup (indicare eventuali tolleranze)
Il laminato fa parte del progetto
Il laminato ramato non è una semplice commodity sostituibile liberamente dalla fabbrica. I valori di Tg, Dk, Df, CTI e la tipologia di lamina costituiscono parametri di progetto, esattamente come la larghezza delle piste o il numero di layer. Selezionate la famiglia di materiali in base al requisito più restrittivo, specificate a disegno il codice commerciale o il set di proprietà richieste e stabilite in anticipo le eventuali sostituzioni ammesse.